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三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析

接线图 2023年09月27日 21:02 210 admin

三电容电路时域分析

然后,我们从时域的角度把三电容电路的机理再过一次(非常重要!是深入理解三电容电路并帮你通过面试拿到offer的关键!)。

我们必须要先理解冲激电流的物理意义。单位冲激电流在拉普拉斯域的表示为1。注意这个1是有单位的,单位是库伦,大家可以思考一下为什么电流的拉普拉斯转换的单位是库伦。在时域里,单位冲激函数前面的1的单位也是库伦,因为单位冲激函数的积分为1,但是电流的积分必须是库伦,所以这里的1代表了一个包裹的1库伦电荷,这个1库伦的电荷只需要0时间就可以被输送,因为在t=0的时候,电流无穷大。

所以,单位冲激电流的物理意义就是用0时间通过无穷大的电流向一个高斯面里输送了1库伦电荷。

三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析  第1张

现在回到三电容电路,在t=0-时,三个电容都没有初始电荷。在t=0时,1库伦的电荷被注入到了红色高斯面里。现在的问题是,会不会有有限量的电荷在t=0时流入绿色高斯面。我们来分析这个情况:

三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析  第2张

如果有有限量的电荷流入绿色高斯面,那说明受控源gmv1必须是无穷大,因为无穷大的电流才能在0时间内输送有限的电荷,有限的电流在0时间内输送0电荷。

三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析  第3张

这表示v1是无穷大,但是v1无穷大的话,红色高斯面内必须有无穷大的电荷,这不可能,因为冲激电流所携带的电荷是有限的。所以受控源电流是有限的,受控源在0时间内不输送任何电荷。所以在t=0+时,只有电荷会在C1 C2 C3 中重新分布,1库伦的电荷会在C1+C2||C3这个总电容上建立一个电压v1(0+)。C2 和C3必须形成一个分压器,因为C2的右极板和C3的上极板的电荷总和为0。这样我们可以推出v2(0+):

三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析  第4张

化简v2(o+),我们可以得到:

三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析  第5张

这跟我们之前用拉普拉斯转换得到的结果一致!

下面看最终状态,当电路达到最终状态时,所有的状态变量都不再改变了(除非我们有共振或者不稳定的特殊情况,然而这个电路显然没有),这说明受控源gmv1必须为0,v1必须为0。但是当t》0时,红色高斯面内的电荷就不再会改变了,因为独立电流源为0,所以所有1库伦的电荷都必须被“挤压”到C2上,产生电压1/C2。因为v1(∞)为0,所以我们可以算出v2(∞)为-1/C2。

这又跟我们用拉普拉斯转换得到的结果一致!

我们之已经分析过,这个电路只有一个非无穷大的时间常量,所以这是一个“准一阶电路”。对于这种电路,只要我们知道在t=0+的初始值和t=∞的终值,中间的行为就是一个一阶指数衰减。所以我们得到与之前一致的响应:

三电容电路时域分析 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析  第6张

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标签: 零极点 三电容电路

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